芳香族化合物の実験 （２）
１． 安息香酸の作成： トルエン有毒注意
トルエン（Ｃ6Ｈ5ＣＨ3、 Ｍ＝９２．１、ｂｐ．１１０．６℃、ρ０．８６７）を 過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ4、 Ｍ＝１５８．０）で酸化して、芳香族カルボン酸の安息香酸を作る実験をする。
トルエンは、ベンゼン環にメチル基がついている構造により電子密度が偏っているため、ベンゼンの２５倍も 求電子置換反応（ハロゲン化、ニトロ化、スルホン化など）を受けやすくなり、メチル基以外の所（特に、オルト位や パラ位）で置換反応が一つまたは複数起こる。（パラニトロトルエン、パラクロロトルエン、パラトルエンスルホン酸、トリニトロトルエン（ＴＮＴ（爆薬）） 等）
一方、トルエンのメチル基については、クロム酸ではベンズアルデヒドまで酸化され、過マンガン酸カリウムのような強力な酸化剤では、さらに安息香酸にまで酸化される。
過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ4） ３０ｇと 水３０ｍｌを フラスコに入れて懸濁させておき、振り混ぜながら少しづつ トルエン １５ｍｌ（反応量は１０ｍｌで、少し過剰量）を加えると途中まで反応して温まるが、生成した水酸化カリウム（ＫＯＨ）のため強アルカリ性になって反応は止まる。 そこに、１０％硫酸 ４６ｍｌを振り混ぜながら少しづつ加えると、発熱反応し、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）が沈殿して 液の濃い赤紫色は消える。さらに１０分間還流する。 ろ過して二酸化マンガンを除き、ろ液を分液漏斗に入れ未反応のトルエンを除き、これに過剰量の硫酸（１０％）を加えて酸析して、安息香酸の結晶を得る。 （＊ 収量は５ｇで、非常に少なく、酸性にしたとき過剰のトルエンにかなりの部分が溶け込んだものと思われる。トルエン量を少なくし、一回目のろ過前にＫＯＨでアルカリ性に戻す必要がある。）
ＭｎＯ4－ ＋ ２ Ｈ2Ｏ ＋ ３ ｅ－ → ４ ＯＨ－ ・・・ （１） 硫酸酸性で、 ＭｎＯ4－ ＋ ４ Ｈ＋ ＋ ３ ｅ－ → ＭｎＯ2 ＋ ２ Ｈ2Ｏ
一方、 Ｃ6Ｈ5－ＣＨ3 （トルエン） ＋ ６ ＯＨ－ → Ｃ6Ｈ5－ＣＯＯＨ ＋ ４ Ｈ2Ｏ ＋ ６ ｅ－ ・・・ （２）
（１）、（２）の両辺を足して、 Ｃ6Ｈ5－ＣＨ3 （トルエン） ＋ ２ ＭｎＯ4－ → Ｃ6Ｈ5－ＣＯＯ－ ＋ ２ ＭｎＯ2 ＋ ＯＨ－ ＋ Ｈ2Ｏ
∴ イオンを消すと、 Ｃ6Ｈ5－ＣＨ3 （トルエン） ＋ ２ ＫＭｎＯ4 （過マンガン酸カリウム） → Ｃ6Ｈ5－ＣＯＯＫ（安息香酸カリウム） ＋ ２ ＭｎＯ2↓ ＋ ＫＯＨ ＋ Ｈ2Ｏ
１’ 安息香酸ナトリウムからの酸析：
１で、高価な過マンガン酸カリウムを用いた割に あまりにも収量が少なかったので、次の実験に備えて、ある程度の量を作っておくことにした。 食品添加物用の安息香酸ナトリウム（Ｃ6Ｈ5ＣＯＯＮａ、Ｍ＝１４４．１、溶解度：６２．８ｇ/１００ｍｌ水（０～３０℃）、 ５００ｇ１０００円位、Ａｍａｚｏｎ）を購入して、硫酸で酸析した。
安息香酸ナトリウム １４４ｇ（約１ｍｏｌ）を水に溶かして８００ｍｌにする。 ９５％硫酸３０ｍｌ（１/２ｍｏｌ ＋ α）を水に溶かして２００ｍｌにし、安息香酸ナトリウム溶液に加えると、多量の安息香酸の結晶が析出する。（ｐＨ≒４、 安息香酸：ｐＫａ４．２１、ｍｐ．１２２．３℃、０．３４ｇ/１００ｍｌ水（２５℃）） 泥漿を吸引ろ過し、４回に分けて それぞれ１０００ｍｌの熱湯に大部分を溶かし（２割くらい溶け切れない部分を含む）、冷却して再結晶する。（軽いうろこ状結晶） ろ過・乾燥で、約８５ｇ（収率７０％）。
２． 安息香酸メチル：
芳香族カルボン酸である安息香酸（Ｃ6Ｈ5ＣＯＯＨ、Ｍ＝１２２．１、ｍｐ．１２２．３℃）と メタノール（ＣＨ3ＯＨ、Ｍ＝３２．０、ｂｐ．６４．７℃）のエステルである 安息香酸メチル（メチルベンゾエイト、Ｍ＝１３６．２、ｂｐ．１９９℃、ρ１．０８）を、硫酸で脱水縮合させるフィッシャー・エステル合成反応によって作る。 香料成分や溶剤に用いられる。
安息香酸 ３０ｇと、過剰量のメタノール ７５ｍｌ を ５００ｃｃのフラスコに入れ、冷却・撹拌しながら 濃硫酸 ９ｍｌを少しづつ加える。 これに還流管（＝冷却器）を付け、３０分間直火で加熱・還流する。 冷却後、水１５０ｍｌと （密度を上げるため）ジクロロメタン（ｂｐ．３９．６℃、ρ１．３３）５０ｍｌを加えて 分液ロートに入れ、振とうして 下層を取る。 さらに飽和重曹水と振とうして（ガス抜き）酸を除き、下層をフラスコに取り塩カルで乾燥する。
この液と さらにジクロロメタンで洗った洗液を ２５０ｃｃの蒸留フラスコに入れ、オイルバスで蒸留し、初留分（ジクロロメタン等）を捨て、油の温度で２００－２２０℃の留分を取る。 収量：約２６ｇ。
３． サリチル酸メチル： サリチル酸 腐食注意
カルボキシル基のオルト位に ＯＨ基が入った サリチル酸（Ｃ6Ｈ4（ＯＨ）ＣＯＯＨ）を用いて、メタノールとのエステルを作る。 サリチル酸メチルは、特有の臭気がある。消炎・鎮痛効果があるので、”サロメチール”、”サロンパス”などの外用薬、シップ等に用いられている。
サリチル酸（Ｍ＝１３８．１、ｍｐ．１５９．０℃） １３ｇ、 メタノール（ＣＨ3ＯＨ、Ｍ＝３２．０、ｂｐ．６４．７℃、ρ０．７９２） １２ｍｌ（大過剰量）、 濃硫酸（Ｈ2ＳＯ4） １．５ｍｌ をフラスコに入れ、還流器を付けて 直火で２０－３０分加熱・還流する。 冷えたら、３００ｍｌの飽和重曹水に投入すると、ＣＯ2放出と同時に、ビーカーの底に サリチル酸メチルが溜まる。 これに（分離しやすくするために）ジクロロメタンを少し加えて、分液ロートに入れ、下層を取る。 ビーカーに入れ、シリカゲルで乾燥すると、エマルジョンの水が抜けて透明になる。 量が少ないので、そのまま上澄みをホットプレートで加温してジクロロメタン（ｂｐ．３９．６℃）や メタノールなどを飛ばすと、サリチル酸メチル（Ｃ6Ｈ4（ＯＨ）・ＣＯＯ・ＣＨ3、 Ｍ＝１５２．１、ｍｐ．－９℃、 ｂｐ．２２０℃、ρ１．１７）が残る。 収量： ９ｇ。
４． アセチルサリチル酸：
アセチルサリチル酸（Ｃ6Ｈ4（ＣＯＯＨ）・Ｏ・ＣＯＣＨ3、Ｍ＝１８０．２、ｍｐ．１３５℃、ｂｐ．１４０℃（分解）） は、サリチル酸のカルボキシル基はそのまま残し、ＯＨ基のＨを アセチル基（ＣＨ3ＣＯ－、 Ａｃ－）に置換したもの。 サリチル酸は、古代から柳に含まれる成分による鎮痛効果が認められていて、アセチル基はこのサリチル酸の刺激を緩和する働きをしている。”アスピリン”の商標で解熱・鎮痛剤として現在も一般的に用いられている。（”バファリン”など、胃を荒らさないよう制酸剤と合わせて服用）
合成は、サリチル酸（Ｍ＝１３８．１、ｍｐ．１５９．０℃） ４ｇ、 無水酢酸（ＣＨ3ＣＯ・Ｏ・ＣＯＣＨ3、 ｏｒ （ＣＨ3ＣＯ）2Ｏ、 Ｍ＝１０２．１、ｂｐ．１４０．０℃、刺激性・取扱注意） ６ｍｌ、 濃硫酸 Ｈ2ＳＯ4 ６滴 をフラスコに入れ、湯煎で ７０－８０℃に加熱して 冷却管を付けて還流しながら、３０分間、時々撹拌する。 冷水を入れたビーカーに注いで、沈殿物をろ過、熱水に溶かして再結晶する。 （酢酸エチルに溶かして再結晶する方法もある）
Ｆｅ（Ⅲ）では、変色しない。（サリチル酸では、フェノールと同様、紫）
５． アニリン塩酸塩：
アニリン塩酸塩（塩酸アニリン、Ｃ6Ｈ5ＮＨ3＋Ｃｌ－、Ｍ＝１２９．６、ｍｐ．１９９－２０２℃、溶解度：１０７ｇ/１００ｍｌ水（２０℃）、潮解性）は、アゾ色素やジフェニルアミン合成などのアニリンの実験用に、あらかじめ作っておくと便利である。 単純に、アニリンを等モルの濃塩酸で中和して、そのまま結晶化させて作る。
アニリン（Ｃ6Ｈ5ＮＨ2、 Ｍ＝９３．１、ｂｐ．１８４．１℃、ρ１．０２） ２８．０ｍｌ（０．３ｍｏｌ） をフラスコに入れ、 濃塩酸（ＨＣｌ、 Ｍ＝３６．５、３５％、ρ１．１８） ２６．５ｍｌ（塩酸がわずかに多い） を滴下ロートに入れて、氷冷しながら滴下、混合する。 中和後、加温すると全て溶けて透明な液体になるので、ビーカーに入れ冷却して結晶を析出させる。 吸引ろ過し（水洗しない）、３００ｃｃのトールビーカーに入れて、ロータリーキルンのように手で回して加温・乾燥させる。（多少 塩化水素ガスも出るので、換気注意）
水に非常によく溶け、潮解性があるので、密栓して保存。 収量： ２３ｇ。
６． アセトアニリド：
アニリンのアミノ基は反応性が高いので、アミノ基を残して ニトロ化やスルホン化をすることはできない。 そこで、これを保護するため、アセチル基を導入して、アセトアニリド（Ｃ6Ｈ5ＮＨ・ＣＯＣＨ3、Ｍ＝１３５．２、ｍｐ．１１４．３℃、ρ１．２２）として用いる。（アセチル保護） 戦前は、解熱・鎮痛剤として用いられた。戦後は、パラ位にＯＨ基の入った、より副作用の少ない アセトアミノフェンが広く用いられている。
無水酢酸（（ＣＨ3ＣＯ）2Ｏ、 Ｍ＝１０２．１、ｂｐ．１４０．０℃） ３０ｍｌ、 反応を穏やかにするための 氷酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ、ｂｐ．１１８℃） ３０ｍｌ をフラスコに入れ、氷冷・撹拌しながら、アニリン（Ｃ6Ｈ5ＮＨ2、Ｍ＝９３．１、ｂｐ．１８４．１℃、ρ１．０２） １６ｍｌを ゆっくり滴下する。（かなりの発熱反応なので、温度が上がらないように注意する） 滴下後は、３０分間湯煎で加熱・還流する。 （酢酸だけでもできるが非常に時間がかかる）
冷えてから氷冷水中に投入し、析出した結晶を吸引ろ過する。 ろ過物を必要最小限の熱水に溶かし、冷却すると 精製結晶ができるので、吸引ろ過・乾燥する。 収量： 約１５ｇ。
７． パラニトロアニリン：
アセチル基でアミノ基を保護された アセトアニリド（Ｃ6Ｈ5ＮＨ・ＣＯＣＨ3、Ｍ＝１３５．２、ｍｐ．１１４．３℃）を、混酸でニトロ化して、パラ（ｐ－、４－）ニトロアニリン（ｐ－Ｃ6Ｈ4（ＮＯ2）ＮＨ2、 Ｍ＝１３８．１、ｍｐ．１４６－１４９℃、ρ１．４４）だけを 分別結晶する。
アセトアニリド ２ｇに 濃硫酸 ５ｍｌを加え、よく溶かしておく。 氷冷しながら、濃硝酸（ＨＮＯ3） ３ｍｌを、一滴ごとに強く撹拌して加えていく。 常温で２０分放置する。 １０ｇの氷のみに入れて、撹拌して、ｐ－ニトロアセトアニリドを沈殿させ、吸引ろ過する。（約４．９ｇ）
半乾きの状態で、６Ｎ塩酸（１：１ ＨＣｌ） ３０ｍｌと共に、加熱・還流して、加水分解する。（いったん完全に溶ける） 氷冷したビーカーに入れ、６Ｎ水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）で、塩酸と、遊離した酢酸分とを中和して、ｐＨ８ 以上にすると、ｐ－ニトロアニリンの粗結晶（ｐ－メイン、ｏ－一部）が得られる。 ・・・ ＊ 後でペーパークロマトにかけるので 一部取っておく。
粗結晶１ｇにつき約１５０ｍｌの熱水で完全に溶かし（∴２５０ｍｌ＋α、ｏ－との 溶解度の差を利用＊） 放冷すると、特徴のある針状結晶が析出するので、これを集め、吸引ろ過・乾燥する。
＊ 溶解度： ｐ－ ０．０５７ｇ/１００ｇ水（２５℃）、 １．１５７ｇ/１００ｇ（４０℃）、 ２．２ｇ/１００ｇ水（１００℃）； ｏ－ ０．１２１ｇ/１００ｇ水（２５℃）、 ２．４２３ｇ/１００ｇ水（４０℃） で、ｏ－ のほうが大きい
８． 硫酸ヒドラジン： ・・・ これは芳香族化合物ではないが、次の人造色素のルミノール（ヒドラジン縮合）で使うので、ここで作成しておいた
１０００ｍｌビーカーに、ブリーチ（有効塩素５％の次亜塩素酸ナトリウム液、ＮａＣｌＯ）５００ｍｌを入れ、氷冷しながら、固形の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）３２ｇを溶かしておく。（８℃以下に保つこと） 尿素（（ＮＨ2）2ＣＯ、Ｍ＝６０．１） ２２ｇを水３０ｍｌに溶かしたものと、ゼラチン（キレートを作って硬水を軟化する）０．７５ｇを熱湯１５ｍｌに完全に溶かしたものとを 混ぜておく。
水酸化ナトリウムを溶かし切ったブリーチをホットプレートで温め、尿素＋ゼラチン液を一度に加える。 強く撹拌すると、ＣＯ2の泡が立ち、尿素がホフマン転移してできたカルバミン酸が、ヒドラジン（（ＮＨ2）2、水溶性）と 二酸化炭素ＣＯ2に分解する。 大部分のＣＯ2は 水酸化ナトリウムに吸収され、炭酸塩になる。 これで、８５℃で ５分間加熱して、ただちに、氷冷する。
０℃（できれば－１５℃程度）に冷やしておいた ５０％硫酸（Ｈ2ＳＯ4） ６０ｍｌを 駒込ピペットで加えて撹拌し、ＣＯ2を発生させ（Ｎａ2ＣＯ2とＨ2ＳＯ4の中和）、加え終る頃に 硫酸ヒドラジン（Ｈ2Ｎ－Ｎ＋Ｈ3・ＨＳＯ4－、Ｍ＝１３０．１、ｍｐ．２５４℃、溶解度：３．０ｇ/１００ｍｌ水（２０℃）、１４．０ｇ/１００ｍｌ水（８０℃））の白い沈殿ができるので、これを吸引ろ過して乾燥させる。
収率： ７ｇで 少なかった。 かなり水に溶けるので、初めの次亜塩素酸ナトリウムの濃度がポイントになると思われる。（ブリーチ：６％、ハイター：＞２％ 低過ぎ） （→ 別に、アンモニア水からメチルエチルケトンを通して作る方法がある＊）
